山区斜坡湿软地基路基稳定性分析方法研究

摘要：本文主要针对山区斜坡湿软地基地区的公路路基稳定性问题进行机理分析方法的研究，首先确定机理分析方法——有限元法，以强度折减法为稳定性判定方法，通过稳定系数的数值计算，并与解析法的计算结果进行对比分析，验证所建山区斜坡湿软地基路基数值分析模型的正确性与精确性。

关键词：山区斜坡 湿软地基 路基 强度折减法 边坡稳定性 有限元

0 引言

目前，在关于路基工程稳定性的评价方面有多种方法，其中数值分析法的应用越来越广泛，不同的数值分析方法有不同的适用性。山区斜坡湿软地基地区的路基稳定性问题被日益关注，采取哪种数值分析方法更适合这种特殊路基问题是进行稳定性分析之前的首要问题。有限元方法并用强度折减法判断稳定性而进行的数值分析是其中一种研究方法。本文通过有限元软件ABAQUS对此研究方法进行验证，从而为山区斜坡湿软地基地区的路基稳定性问题分析方法提供依据。

1 有限单元法简介

目前，在关于斜坡湿软地基填方工程稳定性的评价方面，大致有数值分析法、极限平衡法和近年出现的概率论法(如神经元法)。数值分析法有有限元法、边界元法、快速分析（FLAC法）法、离散元法、块体理论与不连续变形分析，其中有限元法有适用于处理非线性、非均质和复杂边界等问题的优点。

计算各种边界条件复杂的非均质土体，还能模拟复杂的加荷过程，计算土有限单元法自从1966年被美国Clough和Woodward首次用来分析土坝稳定以来，在岩土工程中发展迅速，越来越被广泛使用。它不仅适合坡的应力场和位移场分布，从而了解土坡的逐步破坏机理，跟踪土坡内塑性区的开展情况，因此有限单元法适用于土坡稳定性分析。它考虑了土体非线性应力-应变关系从土坡破坏机理上寻求最可能的滑动面，从而使土坡稳定性分析从理论上来说更合理。与传统的刚体极限平衡法相比，有限单元法分析边坡具有以下一些优点：破坏面的位置和形式不需要事先假定；考虑了土体非线性应力-应变关系，从土坡破坏机理上寻求最可能的滑动面；有限元解可以提供应力、应变等全部信息。

2 数值模型的验证

2.1 数值模型的建立

为了验证山区斜坡湿软地基路基有限元数值模型计算结果的正确性与精确性，现将一简化的边坡稳定性问题建立数值模型进行稳定性数值计算，将其结果与瑞典圆弧滑动面解析法进行对照，以此来达到验证目的。

验证模型如下：

路堤边坡高度H=10.0m，坡度m=1.5，填土c=9.8kPa，?渍=22°，γ=16.66kN/m3。由于路堤结构的对称性，模型取路堤的一半进行分析，坡角到左端边界的距离为坡高的2.5倍，坡顶到右端边界的距离为坡高的1.5倍，上下边界总高约为2.5倍坡高时，尺寸能够满足计算精度。

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图1 网格划分示意图

2.2 稳定系数计算

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图2 不同强度折减系数下的等效塑性云图

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图3 特征部位水平位移与强度折减系数关系曲线

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图4 特征部位竖向位移与强度折减系数关系曲线

此模型的边坡稳定性用传统的瑞典法可计算出稳定性系数Kmin=1.26。运用有限元强度折减法计算过程中，路堤的等效塑性区和特征部位位移随折减系数的变化如图2至图4。

由图2可以看出可看到折减系数为1.28时塑性区开始贯通，同时由特征部位的位移曲线可以看到当折减系数大于1.28时水平位移和竖向位移曲线发生突变，位移大小急剧增大。因此根据塑性区的贯通情况和特征部位位移随强度折减系数的突变性确定边坡的稳定性系数为1.28。

3 结论

对于相同的地基状况，用传统的瑞典法计算得到的路基稳定性系数为Kmin=1.26，与上述方法分析结果相比，差值所占比例小于5%，由此证明用这种有限元强度折减法确定稳定性系数的方法是可行的，并且精度也达到了要求。

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